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Science：魔角石墨烯超導再獲重大突破！

2019-03-08 13:27:08 作者：未央來源：納米人分享至：

第一作者：Matthew Yankowitz, ShaowenChen, Hryhoriy Polshyn

通訊作者：Andrea F. Young, Cory R.Dean

通訊單位：哥倫比亞大學，加州大學圣芭芭拉分校

研究亮點：

1. 發現施加壓力可以使雙層石墨烯在更大的扭曲角度產生從超導性。

2. 實現了對扭曲的雙層石墨烯的超導的系統調控。

電子相互作用產生的集合效應是固體材料中各種奇異物理現象根本來源，從高溫超導體到分數量子霍爾效應，它們共同點就在于電子帶是平坦的，許多電子態可以堆積在窄范圍的能量上，從而導致庫侖排斥力超過單個電子的動能。

當具有相似晶格常數的兩個單層二維范德華材料垂直堆疊且略微未對準時，則會呈現出周期性莫爾圖案，從而改變材料的電子態，出現電子平帶。2018年，來自麻省理工學院的Pablo Jarillo-Herrero和曹原團隊在~1.1°魔角扭曲的雙層石墨烯中發現新的電子態，可以簡單實現絕緣體到超導體的轉變，打開了非常規超導體研究的大門。

有鑒于此，2019年3月8日，來自哥倫比亞大學Andrea F. Young和加州大學圣巴巴拉分校的 Cory R. Dean團隊合作，發現施加壓力可以使雙層石墨烯在更大的扭曲角度產生更強的電子耦合，產生平帶，從而產生超導性。

研究人員發現首先通過實現確認了~1.1°魔角扭曲雙層石墨烯樣品的早期結果的關鍵方面，并通過設備優化進一步增加了實驗結果的準確性。與之前的報道相反的是，作者觀察到電荷中性的電子和空穴兩邊都達到半填充時出現圓頂相超導；而載流子密度增加到半填充以上時，才明顯表現出超導性。

更重要的是，研究人員發現施加靜水壓力可以用作第二個調諧旋鈕以控制電子相關性。當層間精確地匹配每層中的低能電子態的動量-空間分離時，產生魔角范德華異質結構的平帶。隨著扭轉角的增加，通過施加壓力就可以增加層間耦合并恢復平帶。作者通過使用壓力盒將兩個單層石墨烯擠壓在一起，在具有>1.1°的更大扭曲角度，觀察到了超導性。因此，壓力和扭曲角度可以作為魔角范德華異質結構超導調控的雙重手段。

總之，這項研究為雙層二維材料中的超導性及相關機制研究提供了更多思路。

參考文獻：

Matthew Yankowitz, Shaowen Chen, HryhoriyPolshyn, Andrea F. Young, Cory R. Dean et al. Tuning superconductivity intwisted bilayer graphene. Science 2019, 363, 1059-1064.

http://science.sciencemag.org/content/363/6431/1059

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責任編輯：韓鑫